Ricardo Gonçalves 2013/2014. Arquitecturas Multicore

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1 Ricardo Gonçalves 2013/2014 Arquitecturas Multicore

2 Outline Introdução Processador Multi-core: o que é? Do multi-processador ao multi-core Evolução dos processadores multi-core Arquitecturas multi-core Processadores de uso geral Processadores gráficos s O problema da coerência das caches Conclusões Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 2

3 Processador Multi-core: o que é? Core 1 Core 2 Core 3 Core 4 Várias Threads Várias Threads Várias Threads Várias Threads Várias unidades de processamento (core) Vários fluxos de processamento ao mesmo tempo Tudo integrado no mesmo chip Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 3

4 Pentium 4 Pentium D Processador Multi-core: o que é? Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 4

5 Do multi-processador ao multi-core Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 5

6 Do multi-processador ao multi-core Necessidade de mais processamento Consumo energético Limite de funcionamento do material Comunicações mais rápidas e eficientes Custo de produção Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 6

7 Evolução dos processadores multi-core Primeiro processador dual-core: POWER4 Produzido pela IBM em 2001 Source: IBM POWER4 Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 7

8 Evolução dos processadores multi-core Maio de 2005: lançamento pela Intel do Pentium D e pela AMD do Athlon 64 X2 O processador POWER da IBM continua em desenvolvimento: POWER8 (12 cores) Ricardo Gonçalves Source: CPU-World Arquitecturas Multicore 8

9 Evolução dos processadores multi-core Possíveis previsões para 2017: Processadores embebidos com 4096 cores Processadores com 512 cores para servidores Processadores com 128 cores para uso pessoal Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 9

10 Arquitecturas multi-core Forma como os componentes são interligados O tipo de problema está relacionado com as arquitecturas Taxonomia de Flynn: Single Instruction Multiple Instruction Single Data SISD MISD Single Core Multiple Data SIMD MIMD Processadores Gráficos Multi Core Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 10

11 Processadores de uso geral Single Core Quad Core Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 11

12 Processadores de uso geral Intel 2nd Generation Core i7: 3.4GHz, 32nm process Source Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 12

13 Processadores gráficos: NVidia CUDA Processador Processador Gráfico Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 13

14 Processadores gráficos: CELL e XBOX Processador CELL (PlayStation 3) Processador XBOX 360 Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 14

15 s Privada Mais próxima Acesso mais rápido Partilhada Partilha de dados Mais espaço com poucas threads Intel 2nd Generation Core i7: 3.4GHz, 32nm process Source Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 15

16 O problema da coerência das caches Os processadores 1 e 2 lêem X Core 1 Core 2 Core 3 Core 3 X=1 X=1 Memória principal X=1 Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 16

17 O problema da coerência das caches O processador 1 escreve em X Core 1 Core 2 Core 3 Core 3 X=2 X=1 Write-trough Memória principal X=2 Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 17

18 O problema da coerência das caches Solução: barramento inter-core Core 1 Core 2 Core 3 Core 3 X=2 X=1 Pedido de invalidação Write-trough Memória principal X=2 Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 18

19 O problema da coerência das caches Protocolos: Invalidação: só acontece a primeira vez Actualização (update): broadcast a cada escrita Invalidação gera menos tráfego Nos processadores, são usados protocolos mais sofisticados Uso de bits adicionais MSI, MESI (modified, exclusive, shared, invalid) Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 19

20 Conclusões São mais complicados, mas possuem mais capacidade de processamento Recentemente não existiam, mas actualmente já fazem parte do uso corrente Uma boa notícia: com a massificação do uso dos multicore, é cada vez mais importante o conhecimento de técnicas de programação paralela! Ricardo Gonçalves Arquitecturas Multicore 20

21 Ricardo Gonçalves 2013/2014 Arquitecturas Multicore Obrigado pela atenção

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